位错扭折的晶格理论

位错扭折是位错的一个基本现象。正反扭折构成的扭折对及其动力学行为是共价键半导体和高Peierls应力金属材料塑性的微观根源。长期以来，位错扭折理论建立在弹性连续介质理论基础上，无力研究扭折和与扭折结构有关的诸多性质。本项目在普遍的位错晶格理论的基础上研究扭折的结构、扭折的形成能、扭折的Perierls-Nabarro势垒，以及外场作用下扭折对的动力学。建立扭折晶格理论，揭示扭折的微观物理，加深对扭折的认识和理解。

扭折是位错的一个基本现象,是位错的拓扑缺陷。位错扭折存在的根源来自于晶体结构的离散性。如果忽略晶体离散性，把晶体近似为连续介质，扭折将不能稳定存在。由正反扭折构成的扭折对及其动力学行为是共价键半导体和高Peierls 应力金属材料塑性的微观根源。位错扭折的晶格理论项目的研究历时三年，项目组取得的研究结果主要有：1.澄清了位错结构与位错产生的场（两者都是位移）的区别，明瞭了位错结构的准确概念，并完成了确定位错结构的基本方程，给出了位错方程中相关物性常数和物理量的第一性原理（电子密度泛函理论）计算方案，完整地建立了可以描述位错结构、性质以及动力学行为的理论框架。2.在以实体位错结构作为场源的统一位错场论框架内建立了扭折的刚性位错芯模型和扭折的动力学方程，完成了位错扭折理论的新突破。3. 在基于新扭折理论的研究中，我们发现荷共厄变换下，混合位错的扭折不具有对称性。在扭折的能量中，存在与扭折拓扑荷成比例的部分，我们称之为灰能量（Grey energy)。这部分灰能量与扭折的结构细节无关，只与扭折的拓扑有关，它破坏荷共厄对称性。扭折灰能量的存在有可能使得扭折的形成能变为负值，从而自发地（在边界）产生扭折，导致位错线与Burgers矢量的夹角变小，即位错向螺旋位错转变。这可以解释了为什么Fe、Ta、Mo等BCC晶体中大都是螺旋位错，而Cu、Ag、Si等材料中却是混合位错或刃位错。4. 提出γ-势概念，建议用γ-势确定位错结构的基本方程中的一个重要部分是两个半无限晶体之间的非线性相互作用，进一步完善位错理论。我们利用γ-势精确预言了石墨烯中位错的结构。.通过基金委对于位错理论研究方向的持续资助，我们形成了稳定的研究队伍，解决了一系列理论问题，发展了位错扭折理论，完成了预期目标。本次资助项目我们共发表论文20篇，均被SCI检索，项目完成过程中，培养博士3人（王锐，丛杨，李绍蓉），硕士1人。